Функциональная схема такого ПКН представлена на рис. 7.1.
Величина ступени квантования определяется выражением
где RН – номинальное сопротивление резистора в делителе напряжения (ДН).
Рис. 7.1. Функциональная схема ПКН на основе управляемого делителя
напряжения последовательного типа
На рисунке обозначено: U0 – опорное напряжение ПКН; qR – ступень квантования ПКН по сопротивлению; N2 – входной двоичный код; N2H – максимальное число ступеней квантования по сопротивлению.
Если RH = R, то сопротивление 2-го резистора равно 2R; 3-го – 4R; 4-го – 8R и т.д. Т.е. сопротивления резисторов распределены по двоичному закону.
Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом N2:
.
Сопротивление плеча ДН, управляемого кодом (N2H – N2):
Выходное напряжение такого делителя
Это и есть уравнение преобразования ПКН данного типа.
Если ступень квантования по напряжению , то уравнение преобразования ПКН
.
Как видно из последнего уравнения, функция преобразования ПКН линейная.
Входное сопротивление такого ПКН, как и для обычного делителя напряжения, определяется формулой
|
|
.
Вывод: входное сопротивление ПКН – величина постоянная и не зависит от количества замкнутых и разомкнутых ключей. Следовательно, таким ПКН может управлять ИОН с RВЫХион >> 0.
Выходное сопротивление ПКН при условии, что RВЫХион = 0 (т.е. получается параллельное соединение суммарных сопротивлений резисторов двух плеч), определяется по формуле
RВЫХ .
Вывод: выходное сопротивление будет равно 0 при N2 = 0 и N2 = N2H. Максимальное значение RВЫХ при N2 = N2H /2:
,
т.е. RВЫХ такого ПКН зависит от значения входного кода.
Погрешности ПКН данного типа обусловлены следующими факторами.
1. Неточность и нестабильность напряжения U0 ИОН.
2. Неточное выполнение двоичного закона изменения сопротивлений резисторов в обоих плечах делителя. Этот фактор приводит к возникновению трех погрешностей:
а) погрешности линейности – максимальное отклонение кривой, представляющей собой реальную характеристику преобразования, от прямой линии, соединяющей крайние точки этой кривой;
б) погрешности дифференциальной нелинейности – это максимальная по модулю разность кванта реальной характеристики преобразования (ступени квантования) и среднего значения этого кванта;
в) погрешности полной шкалы – разность выходных напряжений для идеальных и реальных характеристик преобразования при номинальном коде управления, т.е. при N2 = N2H.
3. Погрешность от сопротивлений RКЗ каналов ключей в замкнутом состоянии (погрешность от ЭДС канала ключа, для ключей на полевых транзисторах, не учитывается, т.к. собственная ЭДС канала полевого транзистора eK = 0). Погрешность от небесконечности сопротивлений RКР ключей в разомкнутом состоянии не учитывается, т.к. легко обеспечить условие RКР >> qR 2n-1.
|
|
С учетом RКЗ на выходе ПКН получаем напряжение
Отсюда приведенная погрешность от влияния RКЗ
,
где m1 – количество замкнутых ключей в 1-м плече; m2 – количество замкнутых ключей во 2-м плече.
Влияние сопротивлений ключей будет больше, когда m1 = m2.